Симметрии в несимметричной вселенной Андрея Сахарова

В середине 60-х годов развитие ядерно-ракетного оружия подвело к необычайно опасному повороту в гонке вооружения, хотя речь и шла об обороне. Противоракетная оборона оказалась опаснее для мира, чем средства нападения. Этот неочевидный, но вполне вероятный вывод Сахаров, как один из высших военно-технических экспертов, попытался объяснить правительству в 1967 году. Он направил — секретной почтой — соответствующее разъяснение. Однако советские руководители даже не то, что отвергли, а просто проигнорировали это предложение.

Полученные “экспериментальные” факты о советском режиме и о состоянии ядерно-ракетного противостояния требовали теоретического осмысления, результатом чего и стали Сахаровские “Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе”. В мае 1968 года он выпустил свою статью в Самиздат, в июле перевод статьи опубликовали на Западе.

Сахаров не читал абстрактную мораль несимметричному человечеству, а предложил конкретный путь к симметризации, — он был не морализатор, а теоретик-изобретатель.

Корневая проблема выросла из его профессиональной области: как человечеству выжить в условиях ядерного равновесия, когда это равновесие — “по вине” научно-технического прогресса — становится неустойчивым. Технические эксперты обычно предлагают технические решения — как увеличить надежность своих страшных “изделий”. Этим занимался и Сахаров вместе со своими коллегами, пока не осознал тупиковость узко-технических решений, — слишком глубоко главная проблема связана с жизнью человечества.

И он вышел за предписанные рамки. Решение проблемы он увидел в том, что судьба человечества зависит от соблюдения прав отдельной личности. Всеобщие права человека означают открытый мир, в котором только и возможно подлинное мирное сосуществование. В мире, разделенном глухими перегородками, само собой возникает взаимное недоверие и страх. В открытом мире доверие между странами строится на многообразных человеческих контактах.

Кратко Сахаровскую гуманитарную идею 1968 года можно описать так: справиться с губительной асимметрией большого целого можно, обеспечивая симметрию для его наименьших составляющих.

Путь к этой идее, быть может, дался Сахарову легче оттого, что он уже думал о зависимости такого рода, хотя и в совсем другой сфере. Примерно за год до его размышлений о политических асимметриях родилась одна из самых ярких его идей в теоретической физике.

Симметрия и антисимметрия

Если в политике он размышлял о том, как обеспечить человечеству более симметричную жизнь, то в физике — наоборот — он пытался понять, почему столь несимметрична Вселенная, управляемая симметричными законами. В обоих случаях он связывал явления самых малых и самых больших масштабов. В социальной жизни — глобальный мир и свободу отдельной личности, а в физике — свойства Вселенной и поведение микрочастиц.

Основатели Соединенных Штатов считали самоочевидной истиной, что все люди созданы равноправными и вместе с тем каждый незаменим.

В 20 веке физики пришли к совсем другой истине, что элементарные частицы бывают абсолютно тождественными и, поэтому, взаимозаменимыми, но бывают и абсолютно противоположными. Настолько противоположными, что при встрече взаимно уничтожаются, только вспышкой сообщая о своей совместной гибели. Такие противоположные частицы назвали античастицами.

Первую античастицу теоретически предсказали и экспериментально открыли еще в начале 30-х годов. Это была анти-копия электрона — антиэлектрон, за которым закрепилось название “позитрон”. Потом экспериментаторы нашли анти-копии и других элементарных частиц.

Асимметрия Вселенной, над которой Сахаров задумался в середине 60-х годов, состояла в том, что античастиц во Вселенной очень уж мало, — по сравнению с частицами. И слава Богу за такую асимметрию, — иначе каждый второй метеорит состоял бы из антивещества. А такой анти-метеорит, даже если бы в нем был всего один грамм, соприкоснувшись с веществом Земли, произвел бы взрыв мощности атомной бомбы. Но эту волю Божью физики не понимали, — самоочевидным казалось, что всякая частица и ее античастица созданы равными в своих правах. А значит, казалось бы, вещество и анти-вещество должны были бы представлены во Вселенной равноправно.

Астрофизики стали искать признаки антивещества в космосе. Писатели-фантасты устраивали драматические встречи земного космического корабля с неземным и — вполне возможно! — состоящим из антивещества. А шутники предложили свой способ узнать, не из антимира ли прилетел корабль, — если среди ученых на борту корабля преобладают антисемиты.

Сахаров, однако, со всей серьезностью отнесся к наблюдаемой асимметрии, и приписал ее Вселенной в целом, а не просто космическому окружению Земли. Тогда надлежало понять, как симметрия микро-частиц может совмещаться с асимметрией Вселенной.

К тому времени, впрочем, симметрия микромира стала уже не столь простой как правое и левое крылья бабочки, зеркально симметричные.

В 1956 году произошло знаменательное событие — экспериментаторы обнаружили, что в мире элементарных частиц нет паритета (Parity) правого и левого, или P-симметрии. Это знамение теоретики поняли, как указание на то, что бабочка микромира выглядит, скорее, так:

т.е. бабочка не изменится, если одновременно с перестановкой правого и левого поменять местами черный и белый цвета — частицы поменять местами с античастицами и, соответственно, каждый заряд (Charge) заменить на противоположный ему. Это CP-симметрия. Но и она оказалась не последним словом науки. В 1964 году экспериментаторы обнаружили первое не CP-симметричное явление.

Что на это могли сказать теоретики? Например, что и в обыденной жизни нередко путают правое и левое и превращают белое в черное. Физики-теоретики умеют гораздо более хитрую штуку — изменять направление времени на противоположное. При обратной перемотке пленки на видеомагнитофоне, можно зубную пасту, выдавленную из тюбика, обратить вспять, — на экране. В реальной жизни никто такого не видел, и физики называют такой процесс асимметричным во времени, или T-асимметричным.

Что касается элементарных частиц, физики долгое время считали, что в микромире все явления T-симметричны как в бильярде: сняв на видео соударение шаров, и пустив пленку в обратном направлении, ничего странного на экране не заметишь.

После крушения P-симметрии, физики стали всматриваться в другие симметрии. Им не нужна была кнопка обратной перемотки, чтобы задать вопрос о Т-симметрии в микромире, им хватало ручки и бумаги. В результате они установили самый общий закон симметрии микромира — CPT-закон. Чтобы превратить одно крыло CPT-бабочки

в другое, надо поменять местами: правое и левое, частицу и ее античастицу (черное и белое), прошлое и будущее (перевернуть время T).